JP2004306185A

JP2004306185A - 工作機械における工具取出し装置及び工具取出し方法

Info

Publication number: JP2004306185A
Application number: JP2003101731A
Authority: JP
Inventors: Nobuhito Takeshima; 信人竹島; Yasuo Hasegawa; 靖夫長谷川
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】ワークの加工中に、工具取出し部材に加工屑やクーラントがかかるのを防止することができるとともに、工具の取り替え操作を容易に行うことができる工作機械を提供する。
【解決手段】工作機械全体を覆うカバー１８の内側に、隔壁１９により工具取出し室２０を区画形成する。隔壁１９には工具取出し室２０をカバー１８内の加工室２２に開口するための第１の開口部２１を設ける。工具取出し室２０内には主軸１４に装着された工具１５が寿命等により使用不適切になったとき、その工具１５を主軸１４から取り外して新しい工具１５と取り替えるための工具取出し部材２３を、第１の開口部２１から加工室２２側へ出没可能に配設する。第１の開口部２１には第１の開閉扉３６を工具取出し部材２３の出没動作に連動して開閉動作されるように配設する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主軸に装着された工具が、例えば寿命等により使用不適切になったとき、その工具を主軸から取り外して新しい工具と取り替えることができるようにした工作機械における工具取出し装置及び取出し方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の工作機械としては、例えば、特許文献１に開示されるような構成のものが提案されている。この従来構成においては、工作機械の加工室を覆うカバー内にアーム部が、カバーの側面内側に近接した工具排出位置と、主軸に対応する工具着脱位置との間で揺動可能に配設されている。そして、主軸に装着された工具の取替え時には、アーム部が工具着脱位置に揺動された状態で、旧工具が主軸から抜き取られてアーム部の工具把持部に把持された後、アーム部が工具排出位置に揺動される。この状態で、作業者がカバーの窓部を開いて、その窓部から工具把持部上の旧工具を新工具と取り替える。その後、アーム部が工具排出位置から工具着脱位置に揺動され、工具把持部に把持されている新工具が主軸に取り付けられるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３３４６３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来の工作機械においては、アーム部がカバー内に配設され、主軸によるワークの加工中に、その加工環境に晒されるようになっている。このため、ワークの加工時に発生する加工屑やクーラントがアーム部に付着して、アーム部による工具の取り替え作業に支障を来たしやすいという問題があった。
【０００５】
また、工具取り出しの取り出しに際しては、その作業を容易かつ安全に行うことが求められる。
これらのような問題に対処するため、例えばカバー内にアーム部を収容するための工具取出し室を区画形成し、アーム部が工具取出し室の隔壁に形成された開口部から加工室側に出没して揺動されるように構成することも考えられる。しかしながら、このように構成した場合でも、主軸に装着された工具の取り替え時に、アーム部の揺動とは別に、隔壁の開口部を覆う開閉扉を開閉しなければならないため、その作業が面倒になるという新たな問題が生じた。
【０００６】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、ワークの加工中に、工具取出し部材に加工屑やクーラントがかかるのを防止することができるとともに、工具の取り替え作業を短時間で容易かつ安全に行うことができ、しかも構成が簡単な工作機械を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、主軸上の工具によりワークが加工される加工室を覆うカバーを設けた工作機械において、該カバーの内側には隔壁により工具取出し室を区画形成するとともに、その隔壁には工具取出し室と前記加工室とを連通する第１の開口部を設け、前記工具取出し室内には上端に工具把持部を備えた工具取出し部材を前記第１の開口部を介して工具取出し室と加工室との間を移動可能に配設するとともに、前記第１の開口部には第１の開閉扉を工具取出し部材の移動動作に連動して開閉されるように設け、さらに、前記カバーには工具取出し室から工具を取り出すための第２の開口部を設けるとともに、その第２の開口部を開閉可能な第２の開閉扉を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
従って、この請求項１に記載の発明によれば、ワークの加工中には、工具取出し部材が工具取出し室内に収容配置されるとともに、開閉扉が開口部を閉鎖する位置に配置される。よって、加工中に発生する加工屑やクーラントが工具取出し部材にかかるおそれを確実に防止することができる。また、工具取り出し時には、作業者は安全な状態で、第２の開閉扉を開けるだけで、容易に工具を取り出すことができる。さらに、主軸に装着された工具の取り替え時には、工具取出し部材の工具取出し室と加工室との間の移動が開閉扉の開閉動作とが連動して行われるため、工具の取り替え作業を短時間で行うことができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の開閉扉が工具取出し部材に固定されていることを特徴とするものである。
従って、請求項２に記載の発明においては、第１の開閉扉を開閉させる機構と工具取出し部材を回動させる機構とを兼用させることができるため、構成が簡単で、小型化を達成できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記第２の開閉扉を閉鎖状態にロックするためのロック機構を設け、工作機械の停止を条件として前記ロック機構のロックを解除させる制御装置を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記第２の開閉扉を閉鎖状態にロックするためのロック機構を設け、第１の開閉扉により第１の開口部が閉鎖された状態を条件として前記ロック機構のロックを解除させる制御装置を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の工作機械において、工作機械の制御装置により工具取出し指令が出されたときには、加工室において工具取出し部材の工具把持部に主軸工具を受け渡し、主軸が工具取出し部材から遠ざかった後に、工具取出し部材が前記開口部を通って工具取出し室に工具を取出すことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、前面側を加工室２２とした工作機械５０のベース１１上にはコラム１２が図示しない駆動装置によって前後方向及び左右方向へ移動可能に配設され、そのコラム１２には主軸ヘッド１３が上下方向へ移動可能に支持されている。主軸ヘッド１３には主軸１４が回転可能に支持され、その先端にはドリル等の工具１５が着脱可能に装着されている。そして、主軸１４が前記加工室２２内の図示しないテーブル上のワークに対応配置された状態で、その主軸１４が回転されながらワークに向かって移動されて、工具１５によりワークに対して穿孔等の所定の加工が施されるようになっている。
【００１４】
前記コラム１２を跨ぐように、ベース１１上にはフレーム１６が立設されている。主軸１４の上方において、フレーム１６上には工具マガジン１７が水平軸線を中心に回転可能に支持され、その外周には工具１５を把持するための複数の工具把持部１７ａが所定ピッチで設けられている。そして、主軸１４が図１に鎖線で示す上下左右方向の移動範囲Ｒ内における上端の工具交換位置Ｐ１ａに移動された状態で、工具マガジン１７が割り出し回転されて、選択された空の工具把持部１７ａが主軸１４に対応する。次いで、主軸１４が自身の軸線に沿って前後方向へ移動されることにより、工具１５が空の工具把持部１７ａに把持される。次いで、工具マガジン１７が割り出し回転されて、選択された工具１５を有する工具把持部１７ａに対応する。そして、主軸１４が自身の軸線に沿って前後方向へ移動されることにより、工具１５が工具把持部１７ａから主軸１４に移し換えられる。このようにして、主軸１４と工具把持部１７ａとの間で工具１５が脱着交換される。
【００１５】
図１〜図３に示すように、前記フレーム１６の外側にはカバー１８が取り付けられ、このカバー１８により前記加工室２２を含む工作機械５０の全体が覆われている。カバー１８の一側内部には隔壁１９が所定間隔をおいて配設され、この隔壁１９によりカバー１８の内側に工具取出し室２０が区画形成されている。隔壁１９には第１の開口部２１が形成され、この第１の開口部２１を介して工具取出し室２０とカバー１８内の加工室２２とが連通されるようになっている。
【００１６】
前記工具取出し室２０内において、ベース１１上には工具取出し部材２３がブラケット２４及び回動軸２５を介して垂直面内において回動可能に配設され、その工具取出し部材２３の先端（上端）には工具１５を把持するための工具把持部２６が設けられている。この工具把持部２６は一対の開閉可能な工具把持爪２６ａを備え、通常はバネ２７により工具１５を把持する方向に付勢されている。一方の工具把持爪２６ａには解除レバー２８が突設され、この解除レバー２８により、工具把持爪２６ａをバネ２７の付勢力に抗して、工具１５の把持状態から解除動作させることができるようになっている。
【００１７】
前記工具把持部２６に対応して、工具取出し部材２３の先端には近接センサ等よりなる工具検出センサ２９が配設されている。そして、工具把持部２６の工具把持爪２６ａ間に工具１５が把持されたとき、この工具検出センサ２９から図４に示す制御装置４１に対して検出信号が出力されるようになっている。
【００１８】
前記ブラケット２４上には回動用シリンダ３０が配設され、そのピストンロッド３０ａが連結金具３１及び回動レバー３２を介して回動軸２５に連結されている。そして、この回動用シリンダ３０が突出または収容動作されることにより、連結金具３１及び回動レバー３２を介して回動軸２５が回動される。これにより、図２に実線及び鎖線で示すように、工具取出し部材２３が工具取出し室２０内の工具取替位置Ｐ２ａと、隔壁１９の第１の開口部２１から加工室２２側へ突出した工具受取位置Ｐ２ｂとの間を回動可能である。
【００１９】
前記ブラケット２４には、一対の近接センサ等よりなる位置検出センサ３３，３４が上下方向に所定間隔をおいて配設されている。位置検出センサ３３，３４と対応するように、連結金具３１の外面にはドグ３５が突設されている。そして、回動用シリンダ３０により、工具取出し部材２３が工具取替位置Ｐ２ａと工具受取位置Ｐ２ｂとに回動配置されたとき、ドグ３５が一方の位置検出センサ３３，３４に対応して、それらの位置検出センサ３３，３４から前記制御装置４１に対して検出信号が出力されるようになっている。制御装置４１は、位置検出センサ３３，３４からの信号に基づき、工具取出し部材２３の位置や、第１の開口部２１が第１の開閉扉３６によって閉鎖されているか否か等を判別する。
【００２０】
前記制御装置４１には、作業者によって操作される操作パネル４４から操作信号が入力される。また、制御装置４１は、前記回動用シリンダ３０に供給される作動流体の流れを切り換えるためのソレノイド４２に対して切換信号を出力する。そして、操作パネル４４上の所定のキーが操作されると、ソレノイド４２が切換られて、回動用シリンダ３０のロッド側またはピストン側のいずれかに作動流体が供給されて、回動用シリンダ３０のピストンロッドが突出または没入動作され、工具取出し部材２３が回動される。
【００２１】
前記隔壁１９の第１の開口部２１に開閉可能に対応するように、工具取出し部材２３の内側面には第１の開閉扉３６が取付板３７を介して一体回動可能に固定されている。そして、図２に実線及び鎖線で示すように、工具取出し部材２３が工具取替位置Ｐ２ａと工具受取位置Ｐ２ｂとに回動されるとき、それに連動して第１の開閉扉３６が第１の開口部２１を閉鎖する位置と開放する位置とに回動配置されるようになっている。
【００２２】
前記カバー１８の一側面には第２の開口部３８が形成され、その第２の開口部３８には第２の開閉扉３９が開閉操作可能に取り付けられている。そして、工具取出し部材２３が工具取替位置Ｐ２ａに回動配置された状態で、作業者により第２の開閉扉３９が開放操作されて、第２の開口部３８から工具把持部２６上の旧工具１５を新工具１５と取り替えることができるようになっている。
【００２３】
図２に示すように、前記第２の開閉扉３９にはロック機構４０が設けられ、工作機械の加工運転時に、このロック機構４０により第２の開閉扉３９が閉鎖位置にロックされるようになっている。すなわち、図４に示すように、前記制御装置４１は、ロック機構４０のロック動作及びロック解除動作を行うためのソレノイド４３に対して切換信号を出力するようになっている。そして、主軸１４に装着された工具１５の取り替えに際して、前記各検出センサ２９，３３，３４からの検出信号により、工具把持部２６に工具１５が把持されるとともに、工具取出し部材２３が工具取替位置Ｐ２ａに回動配置された状態が確認される。この確認に基づき、制御装置４１により工作機械５０の全ての動作が停止された後に、ロック機構４０が解除動作される。これにより、作業者による第２の開閉扉３９の開放操作が許容されるようになっている。従って、ロック機構４０は、工具取出し部材２３が工具取替位置Ｐ２ａに回動配置された状態、すなわち第１の開閉扉３６により第１の開口部２１が閉鎖された状態、及び工作機械５０の停止を条件としてロック解除される。
【００２４】
次に、前記のように構成された工作機械の動作を説明する。
さて、この工作機械の加工運転時には、図１及び図２に実線で示すように、工具取出し部材２３が工具取出し室２０内の工具取替位置Ｐ２ａに回動配置されるとともに、第１の開閉扉３６が第１の開口部２１を閉鎖する位置に配置されている。よって、この状態でワークの加工が行われて、加工室２２内で加工屑やクーラントが発生しても、その加工屑やクーラントが工具取出し室２０内の工具取出し部材２３にかかるおそれはない。
【００２５】
そして、この加工運転に伴って、主軸１４に装着された工具１５が寿命や折損等により使用不適切になったとき、制御装置４１から工具１５の取り替えを指示する信号が出力される。すなわち、工具１５の使用時間または使用回数が予め設定された所定値に達したとき、あるいは図示しない折損検出装置により工具１５の折損状態が検出されたとき、制御装置４１からの指示信号により、図示しない表示装置に工具１５の取り替えを指示するメッセージが表示される。
【００２６】
そして、このメッセージの表示に基づいて、作業者が操作パネル４４上のキー操作により工具１５の取り替え動作を指示すると、制御装置４１から工具取出し指令が出力され、それに応じて主軸１４が図１に鎖線で示す移動範囲Ｒ内の工具受渡位置Ｐ１ｂに移動される。それとともに、回動用シリンダ３０が収容動作されて、工具取出し部材２３が図１及び図２に実線で示す工具取替位置Ｐ２ａから時計方向に回動される。これにより、同図に鎖線で示すように、第１の開閉扉３６が第１の開口部２１を開放する位置に回動されるとともに、その第１の開口部２１を介して工具取出し部材２３が加工室２２側へ突出する工具受取位置Ｐ２ｂに回動配置される。そして、この状態で主軸１４が工具取出し部材２３の工具把持部２６に対して接近移動されるとともに、自身の軸線に沿って工具把持部２６から遠ざかる方向に移動されて、主軸１４から工具把持部２６に旧工具１５が受け渡される。
【００２７】
その後、主軸１４が工具把持部２６から遠ざかった後に、回動用シリンダ３０が突出動作されて、工具取出し部材２３が工具受取位置Ｐ２ｂから反時計方向に回動される。これにより、図１及び図２に実線で示すように、工具取出し部材２３が工具取出し室２０内の工具取替位置Ｐ２ａに回動配置されて、工具把持部２６に把持されている旧工具１５がカバー１８の第２の開口部３８の内側近傍に配置される。それとともに、第１の開閉扉３６が第１の開口部２１を閉鎖する位置に回動配置されて、第１の開口部２１が閉鎖される。他方、工作機械５０の動作が停止されるとともに、第２の開閉扉３９のロック機構４０が解除動作される。よって、この状態で作業者が第２の開閉扉３９を開放させて、第２の開口部３８から工具把持部２６上の旧工具１５を新工具１５と容易かつ安全に取り替えることができる。
【００２８】
この工具１５の取り替え後に、第２の開閉扉３９が閉鎖される。次いで、作業者による操作パネル４４上のキー操作に基づいてロック機構４０がロック状態（施錠状態）になるとともに、回動用シリンダ３０が動作される。この回動用シリンダ３０の動作により、第１の開閉扉３６が開放回動されながら、工具取出し部材２３が工具取出し室２０内の工具取替位置Ｐ２ａから加工室２２内の工具受取位置Ｐ２ｂに回動される。そして、この状態で主軸１４が工具把持部２６に接近移動されるとともに、自身の軸線に沿って前後方向へ相対移動されて、工具把持部２６から主軸１４に新工具１５が受け渡される。その後、回動用シリンダ３０の突出動作により、工具取出し部材２３が加工室２２内の工具受取位置Ｐ２ｂから工具取出し室２０内の工具取替位置Ｐ２ａに復帰回動されるとともに、第１の開閉扉３６が第１の開口部２１を閉鎖する位置に回動されて、工具１５の取り替え動作が完了する。
【００２９】
従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）この工作機械においては、工作機械全体を覆うカバー１８の内側に、隔壁１９により工具取出し室２０が区画形成されている。隔壁１９には工具取出し室２０をカバー１８内の加工室２２に開口するための第１の開口部２１が設けられている。工具取出し室２０内には主軸１４に装着された工具１５を新しい工具１５と取り替えるための工具取出し部材２３が、第１の開口部２１を介して工具取出し室２０と加工室２２との間を移動可能に配設されている。第１の開口部２１には第１の開閉扉３６が工具取出し部材２３の移動動作に連動して開閉動作するように配設されている。
【００３０】
このため、ワークの加工中には、工具取出し部材２３が工具取出し室２０内に収容配置されるとともに、第１の開閉扉３６が第１の開口部２１を閉鎖する位置に配置されている。よって、加工中に発生する加工屑やクーラントが工具取出し部材２３にかかるおそれを確実に防止することができる。このため、作業者が工具取出し部材２３上の工具１５を新旧交換する場合、その交換作業が加工屑やクーラント等によって支障をきたすようなおそれを防止できる。工具取り出し時には、作業者は安全な状態で、第２の開閉扉３９を開けるだけで、容易に工具を取り出すことができる。
【００３１】
（２）この工作機械においては、前記工具取出し部材２３が工具取出し室２０内に回動可能に配設され、前記第１の開閉扉３６が工具取出し部材２３に固定されている。このため、構造が簡単であるとともに、主軸１４に装着された工具１５の取り替え時には、工具取出し部材２３の加工室２２側への出没動作と第１の開閉扉３６の開閉動作とを確実に連動させることができる。このため、工具１５の取り替えに際して、工具取出し部材２３の動作の外に第１の開閉扉３６を開閉動作させる必要がない。従って、第１の開閉扉３６を開閉動作させる駆動機構が不要になって、構成が簡単になるとともに、工具取出し部材２３と第１の開閉扉３６とを同時に回動させることができ、工具１５の取り替えに要する時間を短くすることができる。
【００３２】
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・前記実施形態において、第１の開閉扉３６を工具取出し部材２３に固定することなく、隔壁１９の第１の開口部２１に回動可能に取り付け、工具取出し部材２３の回動に伴い連動部材等を介して第１の開閉扉３６が開閉されるように構成すること。
【００３３】
・前記実施形態において、工具マガジン１７と主軸１４との間に工具交換アームを配設し、この工具交換アームを介して工具１５の交換が行われるように構成すること。
【００３４】
【発明の効果】
以上、実施形態で例示したように、この発明においては、ワークの加工中に、工具取出し部材に加工屑やクーラントがかかるのを防止することができる。また、工具の取り替えのための構成を簡単にできるとともに、取り替えに要する時間を短縮でき、しかも工具の取り替えを容易にかつ安全に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の工作機械を示す断面図。
【図２】図１の一部を拡大して示す部分断面図。
【図３】図２の３−３線における部分断面図。
【図４】実施形態の電気的構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１４…主軸、１５…工具、１７…工具マガジン、１７ａ…工具把持部、１８…カバー、１９…隔壁、２０…工具取出し室、２１…第１の開口部、２２…加工室、２３…工具取出し部材、２５…回動軸、２６…工具把持部、３０…回動用シリンダ、３６…第１の開閉扉、３８…第２の開口部、３９…第２の開閉扉、４０…ロック機構、４１…制御装置、５０…工作機械、Ｐ２ａ…工具取替位置、Ｐ２ｂ…工具受取位置。

Claims

主軸上の工具によりワークが加工される加工室を覆うカバーを設けた工作機械において、該カバーの内側には隔壁により工具取出し室を区画形成するとともに、その隔壁には工具取出し室と前記加工室とを連通する第１の開口部を設け、前記工具取出し室内には上端に工具把持部を備えた工具取出し部材を前記第１の開口部を介して工具取出し室と加工室との間を移動可能に配設するとともに、前記第１の開口部には第１の開閉扉を工具取出し部材の移動動作に連動して開閉されるように設け、さらに、前記カバーには工具取出し室から工具を取り出すための第２の開口部を設けるとともに、その第２の開口部を開閉可能な第２の開閉扉を設けたことを特徴とする工作機械における工具取出し装置。
前記第１の開閉扉が工具取出し部材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械における工具取出し装置。
前記第２の開閉扉を閉鎖状態にロックするためのロック機構を設け、工作機械の停止を条件として前記ロック機構のロックを解除させる制御装置を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械における工具取出し装置。
前記第２の開閉扉を閉鎖状態にロックするためのロック機構を設け、第１の開閉扉により第１の開口部が閉鎖された状態を条件として前記ロック機構のロックを解除させる制御装置を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械における工具取出し装置。
請求項１〜４の工作機械において、工作機械の制御装置により工具取出し指令が出されたときには、加工室において工具取出し部材の工具把持部に主軸工具を受け渡し、主軸が工具取出し部材から遠ざかった後に、工具取出し部材が前記開口部を通って工具取出し室に工具を取出すことを特徴とする工作機械における工具取出し方法。